Francis Yoshimoto, Assistenzprofessor an der Fakultät für Chemie des UTSA College of Sciences, führt seine Laborstudenten im Biochemie-II-Labor in eine neue Art des Lernens ein – die Verwendung von Virtual-Reality-Headsets zur Beobachtung und Analyse von Proteinstrukturen.
Die Studenten von Yoshimoto nutzten das VizLab des Instituts für Informatik, um diese Virtual-Reality-Headsets (VR) einzurichten. Die Schüler erstellten Schnappschüsse eines Proteins mit herkömmlicher Computersoftware – wie Chimera oder Pymol – und gingen dann zu derselben Region des Proteins in ProteinVR, einem webbasierten molekularen Visualisierungsprogramm, mit dem man Proteine mit einem VR-Headset sehen kann.
Nach dem Vergleich der beiden Bilder erstellten die Studenten 3D-Schnappschüsse anderer Proteine und ihrer Wechselwirkungen mit Liganden oder Proteinpartnern, indem sie die Proteindatenbank nach anderen gesundheitsrelevanten Proteinen durchsuchten, wie beispielsweise dem SARS-CoV-2-Spike-Protein, das das Coronavirus verwendet dringen in menschliche Zellen ein.
Die 3D-VR-Headsets erwiesen sich als effektive Möglichkeit, Schülern Proteinstrukturen beizubringen und sie in ein einzigartiges Lernerlebnis einzutauchen. Unter dem ProteinVR-Viewer mit dem Oculus-Headset konnten die Schüler ihre Betrachtungswinkel des Proteins ändern und mit dem Joystick auf der Oculus-Handsteuerung vorwärts und rückwärts navigieren. Mit aufgesetztem Headset konnten die Schüler innerhalb des Proteins reisen. Wenn sie sich um das Protein herum in eine andere Richtung bewegen wollten, konnten sie einfach den Kopf neigen, während sie das Headset trugen, und sich mit dem Joystick weiter vorwärts und rückwärts bewegen.
„Seit über 15 Jahren betrachte ich Proteine nur auf meinem Computerbildschirm“, sagte Yoshimoto. „Ein Virtual-Reality-Headset aufzusetzen, um in ein echtes Protein zu gehen, war wirklich eine Erfahrung, die mir und meinen Schülern die Augen geöffnet hat.“
Die Virtual-Reality-Technologie wird bereits in der biomedizinischen Industrie eingesetzt. Es wurde beispielsweise verwendet, um Pharmaunternehmen bei ihrer Arbeit an der Entwicklung neuartiger Medikamente zu unterstützen – ein neuer Fortschritt bei der Entwicklung neuer Medikamente. Durch die Exposition und Schulung in VR-Technologie konnten die Studenten von Yoshimoto die Fähigkeiten, die sie im Klassenzimmer erlernt haben, auf eine Weise anwenden, die für eine zukünftige Karriere in der biomedizinischen Forschung relevant ist. Das Projekt ist repräsentativ für das Engagement der UTSA für Programme, die den Schülern ein besseres Verständnis der am Arbeitsplatz benötigten vermarktbaren Fähigkeiten vermitteln und für historisch unterversorgte Bevölkerungsgruppen besonders wichtig sind, um den Erfolg im Klassenzimmer mit dem Leben nach dem Abschluss zu verknüpfen.
Yoshimoto und seine Laborlehrer haben sich mit der Research Computing Support Group der Universität zusammengetan, um diese VR-Lernerfahrung zu organisieren.